阅读说明：本技术 一种热害矿井采煤工作面巷道隔热降温系统及方法 (Heat-damage mine coal face roadway heat-insulation and temperature-reduction system and method ) 是由 唐明云 袁亮 江丙友 *** 邱进伟 任波 张睿卿 郑鹏先 段三壮 姚冠霖 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种热害矿井采煤工作面巷道隔热降温系统及方法,本发明包括：隔热层、金属网层、供水管路体系、降温管、回水管。本发明以隔热层隔绝巷道周围的围岩向巷道内传热,通过致密金属网层对隔热层进行保护,还可降低人体与巷道壁面的辐射散热,供水管路体系取自地面低温水供降温使用,降温管借助冷水降低自身温度,然后利用降温管上肋片进行对流换热和辐射换热来降低巷道内的温度以及人体温度,从对流和辐射换热两方面实现降温效果,另外还可以因空气冷凝减低巷道中空气的湿度,提供了一种对通风设备依赖低、无需增加通风设备投入、多方面多角度降温、便于日常维护、成本低、降温效果好的矿井巷道降温结构。(The invention discloses a heat-damage mine coal face roadway heat-insulation and temperature-reduction system and a method, wherein the heat-damage mine coal face roadway heat-insulation and temperature-reduction system comprises the following steps: thermal-insulated layer, metal mesh layer, water supply pipe system, cooling tube, wet return. The invention isolates surrounding rocks around a roadway from transferring heat into the roadway by the heat-insulating layer, protects the heat-insulating layer by the compact metal net layer, and can reduce the radiation heat dissipation of a human body and the wall surface of the roadway, the water supply pipeline system is taken from ground low-temperature water for cooling, the temperature of the cooling pipe is reduced by cold water, then the temperature in the roadway and the temperature of the human body are reduced by utilizing the heat convection and the heat radiation of the fins on the cooling pipe, the cooling effect is realized from the two aspects of the heat convection and the heat radiation, in addition, the humidity of air in the roadway can be reduced by air condensation, and the invention provides the mine roadway cooling structure which has low dependence on ventilation equipment, low cost and good cooling effect, does not need to increase the investment of the ventilation equipment, can reduce the temperature.)

一种热害矿井采煤工作面巷道隔热降温系统及方法

技术领域

本发明涉及地下矿井采煤工作面温度治理领域，具体的是一种热害矿井采煤工作面巷道隔热降温系统及方法。

背景技术

众所周知，地下矿井气候受多方面因素的影响，构成了不同的矿井气候条件，而矿井气候直接影响着矿井工人的工作效率，矿井气候最大且最直接的影响便是矿井工人与周围环境之间的温度以及热量传播交换，不良的矿井温度会对矿井的开采工作造成严重的影响和危害，也即是矿井热害。

当矿井内环境气温超过人体正常热平衡所能忍受的温度，导致劳动效率降低，事故频率增加，健康受损，甚至中暑休克的现象俗称为矿井热害。矿井开采生产过程中，工作人员因工作劳动自身产生热量，同时工作人员与周围环境之间也存在热量交换，当人体产生的热与排出体外的热量平衡时，即产热量等于散热量，人体会感到舒适，工作效率高；当人体的产热量小于对矿井环境的散热量时，人体会感到寒冷；当人体产热量大于对矿井环境的散热量时，人体温度升高，感到闷热，热害即随之形成。

为了避免热害影响矿井开采，影响工作人员的身体健康和正常工作，人们经过研究，取得了一定的成果，得到了一些预防热害的有效措施，例如：1、矿井井下巷道降温系统(申请号为CN201310375899.0)，包括隔热体和相应的通风系统，通过隔热体将巷道壁与巷道内空间分开，并在隔离体与巷道壁之间形成一定的缝隙空间，利用隔离体将巷道壁传来的热量隔离在缝隙空间内，避免其影响到巷道内的空间，然后通过通风系统，将缝隙空间内的空气排至回风巷，热量也一并带走，进而实现隔热排热，降低矿井温度。2、高温高湿矿井的井下掘进巷道降温除湿系统(申请号为CN201810870163.3)，通过隔离体将巷道空间分为内外两部分，再利用通风系统分别进行通风降温除湿作业，有效改善了掘进巷道的作业环境。3、矿井围岩表面降温装置及矿井降温系统(申请号为CN201721683564.5)，包括梯度降温板、风冷循环机构、冷风降温机构，梯度降温板铺设于围岩表面，风冷循环机构设置于梯度降温板内，冷风降温机构负责输送冷风，通过隔绝围岩散热，提高冷风利用率，有效改善热害矿井工作环境。4、一种热害矿井巷道支护降温系统及方法(申请号为CN201710017712.8)，利用中空的锚杆来进行巷道支护，在锚杆周围布置有供冷管道和回流管道，通过制冷装置向供冷管道持续供应低温换热介质，进而将介质输送到中空锚杆中，使换热介质不断与巷道围岩发生热交换，降低围岩温度，确保支护效果的同时，降低巷道中空气温度。

目前的矿井降温措施，包括上述四项专利中提供的技术，在一定程度上缓解了矿井热害，取得了一定的矿井温度控制成果，但也存在一定的不足：1、上述的矿井井下巷道降温系统(申请号为CN201310375899.0)需要对整个隔热系统保证其严格的密封性，否则对隔热层抽气时会减少巷道的风量，另外，无论是上述的矿井井下巷道降温系统(申请号为CN201310375899.0)、高温高湿矿井的井下掘进巷道降温除湿系统(申请号为CN201810870163.3)、矿井围岩表面降温装置及矿井降温系统(申请号为CN201721683564.5)专利中的技术还是目前使用的其他技术，大多依靠通风系统，这就要求有额外的通风设备投入其中，增加了成本，且会对矿井的正常通风造成一定影响，增大通风系统的负担，另外，目前矿井的机械冷水降温系统在针对采煤工作面进行降温时，因空冷器、局部扇风机和风筒的体积均较大，要么是在工作面机巷外口附近作为冷水终端，采用空冷器进行换热降温，而由于采煤工作面走向路线长，机巷壁面围岩温度较高，所以沿程的热损非常严重，当机巷外口的冷空气到达采煤工作面下口时，温度又重新升高，所以对采煤工作面降温效果不佳，要么在进风巷沿途安设多台空冷器，在安设位置需要扩充巷道的断面，而且还需要增加与空冷器配套的局部扇风机，这将大大增加了制冷的成本和工程量；2、引起热害的主要因素有风流的温度、湿度和人体的辐射换热三个方面，而目前采用的技术中，包括上述四项专利，大多是通过对流换热来降低矿井温度，仅在单方面采取降温措施，因此效果有限，有待提高优化；3、矿井井下巷道降温系统(申请号为CN201310375899.0)、高温高湿矿井的井下掘进巷道降温除湿系统(申请号为CN201810870163.3)都是在隔离体和巷道壁之间形成缝隙空间，但缝隙空间需要有相应的设备作为支撑以确保缝隙空间的有效存在，这增加了投入成本，且隔离体出现裂缝缝隙不易发现，同时受采动影响，巷道壁并不是一成不变的，如果巷道发生变化，缝隙空间也会随之变化，由于隔离体的存在，很难发现并排除问题，日常维护困难；4、矿井围岩表面降温装置及矿井降温系统(申请号为CN201721683564.5)需要添加大量设备，系统复杂，设置困难，成本较高，且一旦巷道因采动影响出现些许变形，系统本身及其降温效果将受到影响，且日常维护困难；5、一种热害矿井巷道支护降温系统及方法(申请号为CN201710017712.8)中，由于围岩范围较广，且周围的地层会持续将热量传导给巷道周围的围岩，因此通过该专利进行围岩降温比较困难，进而对巷道内的降温效果更加难以保证，且锚杆为特质锚杆结构复杂，需要特制，同时需要投入额外的制冷装置，因此设备投入成本和运行成本都比较高，中空降温锚杆***围岩中，如果围岩应力变化而变形，可能会损伤中空降温锚杆，且由于其在围岩内不易发现，日常维护困难。

综上所述，目前的矿井降温技术虽有一定作用，但也存在缺陷，针对采煤工作面降温效果低，需要一种对通风设备依赖低、无需增加通风设备投入、多方面多角度降温、便于日常维护、成本低、降温效果好的巷道降温结构。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种热害矿井采煤工作面巷道隔热降温系统及方法，为解决地下矿井中由于环境温度较高，影响工作人员身体健康和工作效率的问题，以及现有降温技术存在的过度依赖通风系统及设备、投入成本高、降温技术单一、日常维护不便、降温效果有待提高的问题，提供一种对通风设备依赖低、无需增加通风设备投入、多方面多角度降温、便于日常维护、成本低、降温效果好的矿井巷道降温结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种热害矿井采煤工作面巷道隔热降温系统，包括用于矿井巷道的降温结构，所述降温结构包括安装在巷道壁面的隔热层，隔热层两侧端均包裹有第一防水层，隔热层朝向巷道内的一侧镶嵌有金属网层。

所述金属网层侧端分别敷设有供水管路体系、降温管和回水管，供水管路体系沿金属网层的表面敷设，供水管路体系与降温管的进水端连通。

所述供水管路体系由供水管道和保温层构成，供水管道为降温用水的运输通道，供水管道外部包裹有保温层，保温层两侧壁均包裹有第二防水层，保温层包裹于供水管道的***，紧贴供水管道的外侧表面。

所述降温管的出水端与回水管连通，降温管包括管体和肋片，管体为降温管的输水通道，管体的外表面镶嵌有肋片，肋片镶嵌于降温管的管体外表面。

进一步地，所述隔热层采用柔性隔热材料，贴紧巷道壁面布置，隔热层覆盖在巷道壁的两侧壁面和顶部表面。

进一步地，所述金属网层镶嵌于巷道两侧壁面的隔热层表面，朝向巷道内空间。

进一步地，所述水管路体系为降温结构用水的供应装置，供水管路体系与井下用水的给水管路相连取水，供水管路体系向降温管供应降温用水。

进一步地，所述降温管呈U型排布敷设在金属网层上。

进一步地，所述隔热层和保温层均采用柔性材料，采用聚氨酯材质进行隔热和保温，第一防水层和第二防水层采用聚氯乙烯进行防水。

进一步地，所述肋片的棱角为平缓的弧形，且肋片垂直于巷道壁，肋片覆盖在金属网层的表面。

进一步地，所述回水管为降温结构的用水回流管道，敷设于金属网层的表面。

一种热害矿井采煤工作面巷道隔热降温系统的降温方法，包括以下方法：

1)、隔热层隔绝了巷道壁的高温向巷道内空间传递热量，避免了巷道壁与巷道风流发生对流换热，使得巷道内风流温度降低，进而增大人体的对流散热量q_d；

2)、供水管路体系将降温用的冷水输送到降温管，冷水流经降温管流入回水管，冷水在降温管内流动过程中，降温管的管体内冷水通过热传导使得肋片温度降低，肋片的表面积大，对流换热效果明显，降低了巷道空气的温度，进而提高了人体的对流散热量q_d；

3)、肋片排布覆盖在金属网层表面，进一步降低了金属网层表面的温度，进而使得人体对金属网层的辐射换热量q_f增大。

本发明的有益效果：

1、本发明通过隔热层隔绝巷道壁面与风流直接接触，减少高温围岩向风流传热，提高降温效果；

2、本发明供水管道***的保温层确保了供应冷水的温度，且通过镶嵌在降温管的肋片，增加了风流与降温管的管体中冷水之间的对流换热，对降低风流温度起到了积极作用，降温效果显著；

3、本发明由于金属网层的表面温度低且覆盖面积广，则人体与金属网层之间的辐射换热明显增加，从而直接增大了人体的辐射散热，通过辐射散热进行降温，不再仅仅依靠通风降温，实现多角度多方面降温；

4、本发明通过多角度多方面实现巷道降温，减少了对通风系统的依赖，且不需要添加通风设备，降低了投入成本，且不改变矿井通风情况，不给矿井通风系统添加通风负荷，避免了对通风系统的不良影响；

5、本发明隔热层采用柔性材料，可在一定程度随巷道变形而改变，适用性强，且各部件的状态易于观察，能够及时发现各个部件的磨损和故障，及时进行检修，日常维护便捷。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明结构的剖面示意图；

图2是本发明布置于巷道的剖面布置图；

图3是本发明结构的正面示意图；

图4是本发明中供水管路体系的剖面结构示意图；

图5是本发明中降温管的竖直剖面结构示意图；

图6是本发明中降温管的水平剖面结构示意图。

图中标号：1—隔热层，12—第一防水层，2—金属网层，3—供水管路体系，4—降温管，5—回水管，6—巷道壁，7—供水管道，8—保温层，81—第二防水层，9—管体，10—肋片，11—降温结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种热害矿井采煤工作面巷道隔热降温系统，如图1和2所示，包括用于矿井巷道的降温结构11，降温结构11包括安装在巷道壁6壁面的隔热层1，隔热层1两侧端均包裹有第一防水层12，隔热层1采用柔性隔热材料，采用聚氨酯材质进行隔热，贴紧巷道壁面布置。第一防水层12采用聚氯乙烯进行防水，因为巷道和壁面比较潮湿，时间长了隔热层1容易失效，聚氯乙烯具有防水防静电的功能，耐火等级高。

隔热层1覆盖在巷道壁6的两侧壁面和顶部表面，隔热层1朝向巷道内的一侧镶嵌有金属网层2，金属网层2镶嵌于巷道两侧壁面的隔热层1表面，朝向巷道内空间。

如图1和3所示，金属网层2侧端分别敷设有供水管路体系3、降温管4和回水管5，供水管路体系3为降温结构11用水的供应装置，供水管路体系3与井下用水的给水管路相连取水，供水管路体系3敷设在金属网层2的表面，且供水管路体系3与降温管4的进水端连通，供水管路体系3向降温管4供应降温用水，降温管4呈U型排布敷设在金属网层2上。

隔热层1、金属网层2和供水管路体系3、回水管5均通过锚杆固定在巷道壁6的壁面上。

如图3和4所示，供水管路体系3由供水管道7和保温层8构成，供水管道7为降温用水的运输通道，与降温管4连通，也是供水管路体系3与降温管4进水端的连通。供水管道7外部包裹有保温层8，保温层8两侧壁均包裹有第二防水层81，保温层8包裹于供水管道7的***，紧贴供水管道7的外侧表面。保温层8采用柔性保温材料，采用聚氨酯材质进行保温，第二防水层81采用聚氯乙烯进行防水，因为巷道和壁面比较潮湿，时间长了保温层8容易失效，聚氯乙烯具有防水防静电的功能，耐火等级高，目前煤矿井下降温管采用的是这种保温材料和防水材料。

如图3、5和6所示，降温管4的出水端与回水管5连通，降温管4包括管体9和肋片10，管体9为降温管4的输水通道，管体9的外表面镶嵌有肋片10，肋片10镶嵌于降温管的管体外表面。肋片10的棱角为平缓的弧形，且肋片10垂直于巷道壁6，肋片10覆盖在金属网层2的表面。

回水管5为降温结构11的用水回流管道，敷设于金属网层2的表面。

隔热层1、金属网层2、供水管路体系3、降温管4、回水管5共同构成降温结构11。

当矿井内环境气温超过人体正常热平衡所能忍受的温度，导致劳动效率降低，事故频率增加，健康受损，甚至中暑休克的现象俗称为矿井热害。人体热平衡关系式如下：q_ch＝q_m-q_w-q_d-q_z-q_f

式中：q_m为人体新陈代谢过程中的产热量，取决于人体活动量大小；q_w为人体用于做功而消耗的热量，q_m-q_w为必须从体内排出的多余热量；q_d为人体对流散热量，它与空气的温度有关，当空气温度低于人体表面温度时，为正，反之为负；q_z为汗液蒸发和呼出水蒸气所带出的热量，它与空气的湿度有关，若空气湿度大，人体汗液就难以蒸发，则不能起到了蒸发散热的作用，人体就会感到闷热；q_f为人体与周围物体表面间的净辐射换热量，它有可能为正，有可能为负，它与周围物体表面温度有关，若周围物体表面的温度高于人体温度，则为负；q_ch为由热量转化而没有排出体外的能量。

当人体处于热平衡状态时，q_ch＝0，此时人体因保持了热平衡而感到舒适；当热平衡受到破坏，若q_ch＜0，则人体体温降低，感觉到冷；若q_ch＞0，则人体体温升高，感到闷热，热害即随之形成。因此，从人体热平衡公式可知，引起在采煤工作面热害的因素主要有风流的温度、湿度和人体的辐射换热三个方面。

本发明在现场具体实施运作的降温方法如下：

隔热层1隔绝了巷道壁6的高温向巷道内空间传递热量，避免了巷道壁6与巷道风流发生对流换热，使得巷道内风流温度降低，进而增大人体的对流散热量q_d；

供水管路体系3将降温用的冷水输送到降温管4，冷水流经降温管4流入回水管5，冷水在降温管4内流动过程中，降温管4的管体9内冷水通过热传导使得肋片10温度降低，肋片10的表面积大，对流换热效果明显，降低了巷道空气的温度，进而提高了人体的对流散热量q_d，同时肋片10排布覆盖在金属网层2表面，使得金属网层温度降低，进而使得人体对金属网层的辐射换热量q_f增大；通过增大人体的对流散热量q_d和人体对辐射换热量q_f来实现降温。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。